碳纳米点辅助制备银基复合纳米材料及其性能研究

摘要

银纳米粒子不仅具有纳米材料所特有的性质，还具有独特的光学、电学、催化、抗菌及超导等其他金属不具备的性质。因此，纳米银以及银基复合纳米材料在表面增强光谱学、光电器件、生物传感和医学等领域已经被深入研究和广泛应用。而传统的银基纳米材料的制备方法通常都存在还原剂或表明活性剂具有潜在的环境毒性和生物危害，以及工艺复杂、设备昂贵、后处理繁琐等缺点，探索绿色环保、简便易行的纳米银以及银基复合纳米材料的合成路线、避免或减少表面活性剂的使用，逐渐成为该领域的研究重点。本论文以碳纳米点为还原剂、稳定剂或催化剂，分别通过超声法、水热法、光化学法辅助合成了不同形貌的银基复合纳米材料，并对它们的表面增强拉曼散射以及无酶电化学传感过氧化氢(H2O2)性能进行了研究。具体的研究内容如下:
　　1.以青草制备的碳纳米点为还原剂和稳定剂，硝酸银为前驱物，通过超声辅助法一步合成了粒径分布均匀（平均粒径为11nm）、分散性良好的银/碳(Ag/C)复合纳米材料。通过调控碳纳米点和硝酸银的摩尔比，实现了银纳米颗粒的尺寸可控合成，并提出了可能反应机理。并测试了所合成的Ag/C复合纳米材料电化学无酶传感双氧水性能，实验结果表明:以Ag/C复合纳米材料构筑的电化学传感器对双氧水(H2O2)的电流响应迅速、线性范围宽(0.1-25.5 mM)、检出限低（1.6μM）。
　　2.以碳纳米点为还原剂、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为稳定剂，硝酸银为前驱物，通过一步水热法合成了界限清晰的核-壳结构的银/碳(Ag/C)复合纳米材料，作为核的银为近球形颗粒且大小均一，其外围均匀包裹了一层厚度为2 nm超薄碳层。更为重要的是，通过后续简单的超声波辐射处理，制备了核-壳-卫星结构的银/碳/银(Ag/C/Ag)复合纳米材料，简单调整第一步水热反应时间以及起始银离子的浓度，可以实现对外围卫星状小纳米银颗粒的数量以及大小的调控。而且，以结晶紫为探针染料，核-壳-卫星结构的Ag/C/Ag比Ag/C表现出了更优异的表面增强拉曼散射(SERS)性能，其对结晶紫的检出限可以达到10-9 M。
　　3.以石墨烯量子点(GQDs)为光催化剂，采用绿色环保、简便易行的光化学合成路线成功将银纳米粒子负载在了多孔的石墨型氮化碳(p-g-C3N4)上，p-g-C3N4上的银纳米颗粒大小均一，分散性良好。通过分析Ag/p-g-C3N4的形貌以及表面成分，探究了该光化学合成路线的反应机理以及GQDs起到的催化作用。所制备的Ag/p-g-C3N4复合纳米材料具有良好的电化学催化还原H2O2的活性，Ag/p-g-C3N4修饰的电极所构筑的传感器对无酶电化学检测H2O2表现出了迅速的电流响应，较低的检出限(0.6μM)和较宽的线性范围（0.1-39.5 mM）。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 纳米材料的分类和性质

1．3 碳纳米点的研究现状

1．3．1 碳纳米点简介

1．3．2 碳纳米点的制备方法

1．3．3 碳纳米点的应用

1．4 纳米银及其复合纳米材料的研究现状

1．4．1 纳米银的简介

1．4．2 银基纳米材料的制备方法

1．4．3 纳米银及其复合材料的主要应用

1．5 本课题的研究意义及主要内容

第二章 银／碳纳米复合材料的合成及其电化学传感性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．2 碳纳米点的制备

2．2．3 银／碳复合纳米材料的制备

2．2．4 电极修饰以及电化学检测

2．2．5 样品表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 TEM、HRTEM和尺寸分布分析

2．3．2 UV-Vis光谱分析

2．3．3 XRD和Raman分析

2．3．4 CDs的作用幂nAg／C复合纳米材料的合成机理探讨

2．3．5电化学检测H2O2

2．4 本章小结

第三章 核-壳-卫星结构的银／碳／银复合纳米材料的制备及其表面增强拉曼散射性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 银／碳复合纳米材料的制备

3．2．3 银／碳／银复合纳米材料的制备

3．2．4 单纯银纳米颗粒的制备

3．2．5 SERS活性基底的制备

3．2．6 样品表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 TEM和HRTEM分析

3．3．2 XRD分析

3．3．3 FT-IR分析

3．3．4 反应机理和UV-Vis光谱分析

3．3．5 水热反应时间和Ag+离子的浓度对产物形貌的影响

3．3．6 产物SERS性能

3．4 本章小结

第四章 石墨型氮化碳负载银纳米颗粒的光化学合成及其电化学传感性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂

4．2．2 p-g-C3N4的制备

4．2．3 GQDs的制备

4．2．4 Ag／p-g-C3N4的制备

4．2．5 电极修饰以及电化学检测

4．2．6 样品表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 XRD分析

4．3．2 FE-SEM和EDX分析

4．3．3 TEM和HRTEM分析

4．3．4 比表面积和孔径分析

4．3．5 XPS分析

4．3．6 合成机理探讨

4．3．7 电化学检测H2O2

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的科研成果